BR102016029016A2

BR102016029016A2 - Turbocompressor and propulsion device for a motor vehicle and engine vehicle equipped with one of these

Info

Publication number: BR102016029016A2
Application number: BR102016029016-3A
Authority: BR
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-08-01
Also published as: CN107023379A; BR102016029016B1; CN107023379B; DE102015016030A1; KR20170069926A; EP3179067A1; RU2016148326A; RU2016148326A3; RU2727819C2; US20170167363A1; US10145296B2; EP3179067B1

Description

TURBOCOMPRESSOR E DISPOSITIVO DE PROPULSÃO PARA UM VEÍCULO A MOTOR E VEÍCULO A MOTOR EQUIPADO COM UM

DESTES

Descrição [001] A invenção diz respeito a um turbocompressor para um veículo a motor com um motor de combustão interna sobrealimentado e com um radiador do ar de sobrealimentação.

[002] Com o intuito de alcançar um aumento no desempenho de um motor de combustão interna, o ar a ser alimentado para combustão pode ser comprimido, por exemplo, com um turbocompressor antes de ser alimentado nas câmaras de combustão do motor de combustão interna. No entanto, a compressão do ar é simultaneamente acompanhada de um aquecimento do mesmo, o qual é desvantajoso para um processo otimizado do processo de combustão. Por exemplo, uma ignição prematura ou uma elevada emissão de óxido de nitrogênio podem ser resolvidas. A fim evitar as consequências desvantajosas da combustão do ar alimentado superaquecido, é conhecido, para um permutador de calor designado como um radiador do ar de sobrealimentação ser disposto à jusante de um turbocompressor, com o qual o ar comprimido pode ser resfriado em uma temperatura admissível antes de sua combustão.

[003] No caso de tais motores com arrefecimento de ar de sobrealimentação, condensado, por exemplo, água condensada, se formam sob certas circunstâncias, por exemplo particularmente por baixa carga ou temperaturas externas baixas. Acima de uma certa quantidade tal condensado pode provocar danos no motor, como por exemplo através da formação de gelo, calços d’água ou corrosão, caso permaneça dentro das peças que conduzem ar de sobrealimentação. Com isso, esse condensado é expulso sem danos. A partir do estado da técnica são conhecidas abordagens, as quais permitem uma derivação do condensado a partir do radiador do ar de sobrealimentação. Uma tal abordagem é divulgada, por exemplo, no relatório DE 102 38 839 A1. Uma desvantagem dessa abordagem é que no caso de um conceito de motor no qual a condução de ar de sobrealimentação entre o radiador do ar de sobrealimentação e o turbocompressor é configurada decrescendo continuamente, embora possa produzir um acúmulo de condensado fora do radiador do ar de sobrealimentação.

[004] Por conseguinte, é um objetivo da invenção disponibilizar uma possibilidade melhorada para permitir uma descarga de condensado em um motor com arrefecimento de ar de sobrealimentação, com o qual as desvantagens das técnicas convencionais podem ser evitadas. O objetivo no qual a invenção é baseada, é em particular uma descarga de condensado simples, de baixo custo e confiável em um conceito de motor, no qual a condução de ar de sobrealimentação é configurada decrescendo continuamente do radiador do ar de sobrealimentação para o compressor do turbocompressor, ou, crescendo continuamente do compressor do turbocompressor para o radiador do ar de sobrealimentação.

[005] Esses objetivos são resolvidos através de dispositivos com as características das reivindicações independentes. Modalidades vantajosas e usos da invenção resultam das reivindicações independentes e serão explicadas na descrição a seguir com referência parcial às figuras.

[006] De acordo com aspectos gerais da invenção, é disponibilizado um turbocompressor para um veículo a motor, em particular para um veículo comercial, em que um compressor do turbocompressor possui uma abertura para saída de condensado, a qual é disposta na região mais inferior de um percurso de escoamento do ar de sobrealimentação do compressor. A abertura será designada a seguir como abertura de saída do condensado. A região mais inferior do percurso de escoamento do ar de sobrealimentação do compressor corresponde à posição geodésica mais profunda do percurso de escoamento. A região mais inferior, ou, a posição geodésica mais profunda, se refere à orientação do turbocompressor, o qual é assumida quando no estado montado no veículo. Por conseguinte, é nessa posição que o estado montado do turbocompressor possui a menor distância em relação em a faixa de rodagem.

[007] A abertura de saída de condensado pode ser prevista em uma carcaça de compressor do turbocompressor, em particular em uma posição mais interior ou a posição geodésica mais profunda da carcaça de compressor. A abertura de saída de condensado pode, por exemplo, ser disposta na posição geodésica mais profunda da espiral de pressão do compressor.

[008] Um tal turbocompressor é particularmente vantajoso para conceitos de motor ou veículos, nos quais a condução de ar de sobrealimentação entre o radiador do ar de sobrealimentação e o turbocompressor é configurada decrescendo continuamente, a saber, a condução de ar de sobrealimentação partindo da saída de ar de sobrealimentação do compressor para a entrada de ar de sobrealimentação do radiador do ar de sobrealimentação é configurada crescendo continuamente. Em uma tal condução de ar de sobrealimentação, o condensado correspondente que se acumula no ponto mais profundo da condução de ar de sobrealimentação pode ser conduzido em uma maneira simples e confiável através da abertura de saída de condensado de acordo com a invenção.

[009] Preferencialmente, o diâmetro dessa abertura de saída de condensado é pequena em comparação ao diâmetro da linha de ar de sobrealimentação, com o intuito de nenhum ou pelo menos apenas um ligeiro prejuízo do grau de eficiência do turbocompressor. É particularmente vantajoso configurar a abertura de saída de condensado como uma conexão para uma linha de descarga do condensado. Para esse propósito, a abertura de saída de condensado pode possuir uma rosca e/ou ser configurada como mangueira de suporte.

[0010] Para a abertura de saída de condensado de acordo com a invenção, o turbocompressor geralmente ser configurado em uma em maneira conhecida. O turbocompressor pode compreender uma turbina de exaustão, o compressor e um eixo de acionamento, em que a turbina de exaustão e o compressor são acoplados por movimento através de um eixo de acionamento.

[0011] De acordo com outro ponto de vista da invenção, o dispositivo de propulsão é disponibilizado para um veículo a motor, em particular para um veículo comercial, o qual compreende um turbocompressor como descrito nesse documento. O dispositivo de propulsão compreende além disso um motor de combustão interna sobrealimentado através do turbocompressor, um radiador do ar de sobrealimentação para arrefecimento do ar de sobrealimentação comprimido através do compressor do turbocompressor e uma primeira linha de ar de sobrealimentação, por exemplo, na forma de uma primeira linha de ar de sobrealimentação, a qual conecta uma saída de ar de sobrealimentação do compressor com uma entrada de ar de sobrealimentação do radiador do ar de sobrealimentação. A primeira linha de ar de sobrealimentação pode ser configurada para crescer continuamente começando a partir da entrada de ar de sobrealimentação do compressor em relação a entrada de ar de sobrealimentação do radiador do ar de sobrealimentação. Em outras palavras, o ar de sobrealimentação transportado na primeira linha de ar de sobrealimentação se movimenta constantemente para cima, a saber, contra a gravidade, de modo que o ponto geodésico mais profundo da primeira linha de ar de sobrealimentação é a posição de conexão dessa linha de ar de sobrealimentação junto no compressor.

[0012] O dispositivo de propulsão pode compreender uma linha, a qual é conectada na extremidade na abertura de saída do condensado e desemboca na outra extremidade em uma segunda linha de ar de sobrealimentação, a qual alimenta o ar de sobrealimentação resfriado pelo radiador do ar de sobrealimentação para o motor de combustão interna. Essa linha será designada a seguir como linha de descarga do condensado. Uma vantagem particular dessa variante da modalidade está no fato de que o condensado descarregado é alimentado automaticamente e por meio disso lá queimado. Deve-se notar que no compressor do turbocompressor, em particular à saída da espiral de pressão do compressor, uma pressão de gás mais elevada do que na segunda linha de arde sobrealimentação geralmente prevalece, depois do radiador do ar de sobrealimentação e antes da entrada no motor de combustão interna. Devido a essa diferença de pressão, tem como resultado um fluxo contínuo dentro da linha de descarga do condensado em relação ao motor de combustão interna, de modo que o condensado desviado geral mente não corra de volta para o compressor, mas sim confiavelmente transportado para o motor de combustão interna.

[0013] Aqui, a linha de descarga do condensado pode desembocar diretamente em uma entrada de ar de sobrealimentação do motor de combustão interna ou imediatamente antes da entrada de ar de sobrealimentação na segunda entrada de ar de sobrealimentação.

[0014] De acordo com outra modalidade preferencial, a linha de descarga do condensado pode possuir um reservatório para admissão de condensado. O reservatório pode, por exemplo, ser configurado como uma cavidade na linha de descarga do condensado ou como recipiente coletor. Essa modalidade oferece a vantagem que um refluxo do condensado desviado no compressor é evitado, mesmo em determinados estados de operação, nos quais não podem ser assegurados que o condensado desviado é transportado continuamente sobre uma linha de descarga do condensado para o motor de combustão interna.

[0015] De acordo com uma outra modalidade preferencial, uma válvula de retenção é disposta na linha de descarga do condensado, a qual previne um refluxo do condensado a partir da abertura de saída do condensado ou ar vazado no compressor. Mesmo essa variante, por conseguinte, permite um refluxo do condensado desviado de volta ao compressor.

[0016] É particularmente vantajoso se tanto um reservatório para admissão de condensado e uma válvula de retenção são dispostas na linha de descarga do condensado. Preferencialmente, nesse caso, o reservatório é disposto entre a abertura de saída de condensado e a válvula de retenção.

[0017] Uma outra possibilidade para realização de acordo com a invenção provê que a linha de descarga do condensado é configurada para ser aquecida. Com isso, um congelamento da linha de descarga do condensado é evitado, o qual seria pensável, por exemplo, em temperaturas abaixo de 0 °C. Por exemplo, são conhecidas da técnica as linhas Blow-by, ou, linhas de ventilação do bloco de motor, as quais são aquecidas. De maneira análoga, mesmo a linha de descarga do condensado, de acordo com a invenção, pode ser aquecida.

[0018] De acordo com um outro aspecto, o veículo a motor é disponibilizado possuindo um turbocompressor, como descrito nesse documento ou possuindo um dispositivo de propulsão, como descrito nesse documento. Um veículo a motor pode ser um veículo comercial.

[0019] As modalidades e características preferenciais da invenção anteriormente descritas podem ser combinadas entre si na maneira que se desejar. Outras particularidades e vantagens da invenção serão descritas a seguir mediante referência às Figuras anexas. As figuras mostram: Figura 1 uma representação esquemática de um dispositivo de propulsão, de acordo com uma modalidade da invenção;

Figura 2a uma vista parcial ampliada da modalidade; e Figura 2b uma vista parcial ampliada de uma outra modalidade da invenção.

[0020] Elementos idênticos ou funcionalmente equivalentes são referidos em relação a todas as figuras com os mesmos números de referência.

[0021] A Figura 1 mostra uma representação altamente esquematizada de um dispositivo de propulsão 1 para um veículo comercial. O dispositivo de propulsão 1 compreende um motor de combustão interna 20, o qual é sobrealimentado com um turbocompressor 2 a fim de aumentar o desempenho.

[0022] O turbocompressor 2 compreende um rotor, consistindo de uma turbina 4, um compressor 3 e um eixo de acionamento 5. A turbina 4 e o compressor 3 são acoplados por movimento através de um eixo de acionamento 5. A turbina 4 é acionada por meio de um gás de escape do motor de combustão interna 20, o qual alimenta a turbina 4 através da linha de gás de escape 15. O compressor 3 é alimentado com ar fresco através de uma linha de alimentação 14. O compressor comprime o ar de sobrealimentação a ser alimentado no motor de combustão interna 20 e, por conseguinte eleva o desempenho do motor de combustão interna 20 durante a queima por funcionamento normal alimentado por combustível.

[0023] O ar de sobrealimentação comprimido através do compressor 3 é alimentado por uma primeira linha de ar de sobrealimentação 7 através de um radiador do ar de sobrealimentação 8, o qual funciona como permutador de calor e resfria o ar de sobrealimentação. O ar de sobrealimentação resfriado é então alimentado através da segunda linha de ar de sobrealimentação 9 no motor de combustão interna 20. A primeira linha de ar de sobrealimentação 7 é configurada para crescer continuamente começando a partir da entrada de ar de sobrealimentação 3a do compressor 3 em relação a entrada de ar de sobrealimentação 8a do radiador do ar de sobrealimentação 8. Isso não é representado na representação esquemática da Figura 1, mas na vista parcial ampliada da Figura 2A.

[0024] A Figura 2A mostra um motor de combustão interna 20 em uma vista frontal. Com o número de referência 21 um bloco de motor do motor de combustão interna 20 é referido e com o número de referência 24 a linha central do eixo de manivelas. Abaixo do bloco de motor 21 se encontra um cárter 22. Na região superior do motor de combustão interna 20 se encontra uma região da cabeça do motor 23, na qual o tubo de ar de sobrealimentação 9 desemboca no motor de combustão interna. A entrada de ar de sobrealimentação do motor de combustão interna 20 é referida com o número de referência 20a.

[0025] O compressor 3 do turbocompressor 2 possui uma abertura para saída de condensado (abertura de saída de condensado 6) em uma região mais inferior de um percurso de escoamento do ar de sobrealimentação do compressor 3. A abertura de saída de condensado 6 é montada na posição geodésica mais profunda da carcaça de compressor, em particular na posição geodésica mais profunda da espiral de pressão do compressor 3. A abertura de saída de condensado 6 é configurada como uma conexão para uma linha 10, designada a seguir como linha de descarga do condensado 10. A conexão pode, por exemplo, ser configurada como rosca ou como mangueira de suporte.

[0026] A linha de descarga do condensado 10 é, por conseguinte, conectada a uma extremidade da abertura de saída de condensado 6 e em sua outra extremidade desemboca na segunda linha de ar de sobrealimentação 9, a qual conecta a saída de ar de sobrealimentação do radiador do ar de sobrealimentação 8 com a entrada de ar de sobrealimentação 20a do motor de combustão interna 20.

[0027] Além disso, como é representado na Figura 2A, uma maior pressão P1 prevalece a espiral de pressão do compressor 3 do que na segunda linha de ar de sobrealimentação 9, a saber, na região depois do radiador do ar de sobrealimentação 8 e antes da entrada no motor de combustão interna 20. Devido à diferença de pressão P1 - P2, tem como resultado um fluxo contínuo através da linha de descarga do condensado 10 da abertura de saída de condensado 6 para a conexão 12 na segunda linha de ar de sobrealimentação.

[0028] Dessa maneira, o condensado descarregado pelo compressor 3 é transportado continuamente através da linha de descarga do condensado 10 para o motor de combustão interna 20 e lá queimado. Devido ao curso continuamente decrescente da primeira linha de ar de sobrealimentação 7 a partir do radiador do ar de sobrealimentação para o compressor 3, o condensado correspondente se acumula na posição geodésica mais profunda no compressor 3 e lá pode, confiável mente, ser descarregado através da abertura de saída de condensado 6 prevista.

[0029] A Figura 2B mostra uma outra modalidade da invenção. Neste caso, os componentes correspondem aos mesmos números de referência dos componentes da Figura 1 e da Figura 2A e não serão descritos detalhadamente.

[0030] Uma peculiaridade da variante da modalidade mostrada na Figura 2B está no fato que um reservatório 11 para admissão e para acúmulo de condensado é previsto na região da abertura de saída de condensado 6. Já foi verificado que em estados normais de operação a pressão P1 na saída da espiral de pressão é normalmente maior do que a pressão P2 na segunda linha de ar de sobrealimentação. No entanto, devem ocorrer estados de operação, onde esse não seja o caso, em que é possível ao reservatório 11 prevenir uma situação na qual o condensado já desviado do compressor 3 através da abertura de saída de condensado 6 corre de volta para o compressor. Ao invés disso, o condensado podería ser acumular no reservatório 11.

[0031] Alternativamente ou adicionalmente, isso pode ser assegurado através de uma válvula de retenção 16, a qual é provida na linha de descarga do condensado 10. A válvula de retenção 16 pode, por exemplo, ser provida imediatamente na região onde a linha de descarga do condensado 10 se conecta com a abertura de saída de condensado 6 ou, como mostrado na Figura 2B, imediatamente após o reservatório 11, em que 0 reservatório 11 é disposto entre a abertura de saída de condensado 6 e a válvula de retenção 16.

[0032] Embora a invenção tenha sido descrita com referência aos exemplos das modalidades descritas, é evidente para alguém versado na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser usados como substitutos, sem deixar o escopo da invenção. Adicionalmente, muitas modificações podem ser feitas, sem deixar o escopo associado. Consequentemente, a invenção não deve ser limitada aos exemplos de modalidades divulgadas, mas deve compreender todos os exemplos de modalidade, que caem no escopo das reivindicações de patente anexadas. Em particular, a invenção também reivindica proteção para a finalidade e as características das reivindicações dependentes, independentemente em relação às reivindicações mencionadas.

Lista dos números de referência 1 Dispositivo de propulsão 2 Turbocompressor 3 Compressor 3a Saída de ar de sobrealimentação 4 Turbina 5 Eixo de acionamento 6 Abertura de saída de condensado 7 Linha de ar de sobrealimentação 8 Radiador do ar de sobrealimentação 8a Entrada de ar de sobrealimentação 9 Linha de ar de sobrealimentação 10 Linha de descarga do condensado 11 Reservatório 12 Conexão de linha 13 Filtro de ar 14 Entrada de ar 15 Linha de gás de escape 16 Válvula de retenção 20 Motor de combustão interna 20a Entrada de ar de sobrealimentação do motor de combustão interna 21 Bloco de motor 22 Cárter 23 Região da cabeça do motor 24 Linha central do eixo de manivelas REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Turbocompressor (2) para um veículo a motor, caracterizado pelo fato de que um compressor (3) do turbocompressor (2) possui uma abertura de saída do condensado (6), a qual é disposta em uma região mais inferior de um percurso de escoamento do ar de sobrealimentação do compressor (3).

2. Turbocompressor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura de saída do condensado (6) é provida em uma carcaça de compressor do turbocompressor (2), em particular em uma posição mais inferior da carcaça de compressor.

3. Turbocompressor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a abertura de saída do condensado (6) é configurada como uma conexão para uma linha de descarga do condensado (10).

4. Dispositivo de propulsão (1) para um veículo a motor, em particular para um veículo comercial, caracterizado pelo fato de que compreende um turbocompressor (2) conforme uma das reivindicações de 1 a 3, um motor de combustão interna (20) sobrealimentado pelo turbocompressor (2), um radiador do ar de sobrealimentação (8) para arrefecimento do ar de sobrealimentação comprimido pelo compressor (3) do turbocompressor (2) e uma primeira linha de ar de sobrealimentação (7), a qual conecta uma saída de ar de sobrealimentação (3a) do compressor (3) com uma entrada de ar de sobrealimentação (8a) do radiador do ar de sobrealimentação (8).

5. Dispositivo de propulsão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira linha de ar de sobrealimentação (7) é configurada para aumentar continuamente começando a partir da entrada de ar de sobrealimentação (3a) do compressor (3) e indo até a entrada de ar de sobrealimentação (8a) do radiador do ar de sobrealimentação (8).

6. Dispositivo de propulsão, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado por uma linha de descarga do condensado (10), a qual é conectada a uma extremidade na abertura de saída do condensado (6) e desemboca na outra extremidade em uma segunda linha de ar de sobrealimentação (9), a qual alimenta ar de sobrealimentação resfriado pelo radiador do ar de sobrealimentação (8) para o motor de combustão interna (20).

7. Dispositivo de propulsão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a linha de arde sobrealimentação (10) desemboca em uma segunda linha de ar de sobrealimentação (9) em uma entrada de ar de sobrealimentação (20a) do motor de combustão interna (20) ou imediatamente a montante da entrada de ar de sobrealimentação (20a).

8. Dispositivo de propulsão, de acordo com uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a linha de descarga do condensado (10) possui um reservatório (11) para admissão do condensado.

9. Dispositivo de propulsão, de acordo com uma das reivindicações de 6 a 8, caracterizado pelo fato de que uma válvula de retenção (16) é disposta na linha de descarga do condensado (10), a qual previne um refluxo do condensado que sai/do ar que sai a partir da abertura de saída do condensado (6) no compressor (3).

10. Dispositivo de propulsão, de acordo com as reivindicações 8 e 9, caracterizado pelo fato de que o reservatório é disposto entre a abertura de saída do condensado (6) e a válvula de retenção (16).

11. Dispositivo de propulsão, de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a linha de descarga do condensado (10) é configurada para ser passível de aquecimento.

12. Veículo a motor, em particular um veículo comercial, caracterizado por ser com um turbocompressor (3) conforme uma das reivindicações de 1 a 3 ou com um dispositivo de propulsão (1) conforme uma das reivindicações de 4 a 11.